荧光生物传感器通常在亮态与暗态之间切换，暗态信噪比低，限制低浓度钙的定量测量。作者在工程化 mTurquoise 基钙传感器红移变体时，意外获得一种绿色发射传感器 G-Ca-FLITS。该传感器在钙结合态与游离态均保持高亮度，同时具有超过 1 ns 的钙依赖荧光寿命变化。在哺乳动物细胞中，其亮度与 GCaMP3 和 jGCaMP7c...
本研究提出一种基于相分离的激酶活性报告系统 AMPK-SPARK，用于 AMPK，通过形成明亮荧光团簇报告 AMPK 激活。进一步构建双报告系统 GCaMP-AMPK-SPARK，将单荧光蛋白 Ca2+ 生物传感器 GCaMP6f 整合到初始设计中，实现同时监测 Ca2+ 水平和 AMPK 活性。该系统无需共表达不同生物传感器和复杂...
基于荧光蛋白的遗传编码生物传感器被广泛用于监测钙离子（Ca2+）通量及其在细胞内信号通路中的作用。内质网与线粒体相连的区域称为线粒体相关膜（MAMs），对钙稳态和线粒体功能至关重要。然而，第一代定位于线粒体外膜（OMM）表面的 Ca2+ 生物传感器灵敏度不足，无法测量 μM 或亚 μM 级 Ca2+ 变化，因而难以检测内源通道的天然...
钙离子是真核细胞中普遍存在的第二信使，与神经元活动、T细胞活化等过程密切相关。实时钙指示剂（如GCaMP）可提供毫秒级动态成像，而新型钙积分器可将短暂钙活动转化为稳定基因表达。本文报道LuCID，一种兼具实时指示与转录积分功能的双用途钙探针。LuCID的钙依赖型split luciferase组分利用NanoBiT系统，在furim...
长发射波长的比率型指示剂在现代生物成像与生命科学中具有重要价值。本文利用稳态吸收、二维荧光、飞秒瞬态吸收光谱及量子化学/分子动力学计算，阐明了独立红色荧光蛋白（RFP）钙离子生物传感器REX-GECO1的工作机制。在480 nm激发下，未结合Ca2+的REX-GECO1生色团易被捕获于激发态暗态，荧光较弱；Ca2+结合后，钙调蛋白（...
蛋白质工程分子传感器为敏感结合和检测靶标提供了新方法，并可集成到植入式探针中获取生理信息。本文报道一种基于 Förster 共振能量转移（FRET）的钙离子传感器，与光纤集成形成可测量游离 Ca2+ 的膜封装光纤（MEOF）器件。该器件由填充聚四氟乙烯（PTFE）的传感器矩阵组成，其中包含工程化肌钙蛋白 C（TnC）融合的一对 FR...
蝎毒是生物活性分子的丰富来源，但影响胞质钙离子（Ca2+）的毒素肽表征有限。本研究对澳大利亚蝎 Hormurus waigiensis 毒液进行功能筛选，以评估其动员 Ca2+ 的广度。作者构建了稳定表达遗传编码 Ca2+ 报告蛋白 GCaMP5G 和兔 1 型ryanodine受体（RyR1）的人胚胎肾细胞（HEK293）系，作为...
本文报道了将遗传编码钙指示蛋白GCaMP6f靶向质膜的新型荧光生物传感器，用于在活细胞中成像储存操作钙内流（SOCE）的初级钙信号。作者构建了GCaMP6f-Orai1融合蛋白和含GAP43棕榈酰化序列的PM-GCaMP6f，使传感器优先报告质膜下Ca2+流入。在侵袭性WM793黑色素瘤细胞中，观察到源自STIM1-Orai1簇的自...
生物传感器已成为生命科学中不可或缺的工具。其中，基于荧光蛋白的生物传感器具有优异的生物相容性和可调发射性质，但其开发大多依赖试错。为支持理性设计，我们采用可调飞秒受激拉曼光谱（FSRS），并结合瞬态吸收和量子计算，阐明基于 GFP-钙调蛋白复合物的比率型 Ca2+ 生物传感器 GEM-GECO1 的单点 Pro377Arg 突变体的...
化学研究物质的组成、结构、性质与转化，理解相关过程对将基础认识转化为实际应用至关重要。飞秒受激拉曼光谱（FSRS）作为强有力时间分辨振动技术，已揭示多种光敏体系的构—能—功能关系。本文展望了将宽带上变频多色阵列（BUMA）等光学创新引入可调谐 FSRS 装置的最新工作，并展示其分辨能力：可追踪金属配位与光解过程，促进高质量薄膜形成，...
锥体感光细胞对高分辨率昼视和色觉至关重要，遗传性视网膜疾病中锥体丢失严重影响视觉，但锥体死亡机制不清。既往研究提示钙稳态缺陷在感光细胞退行中起核心作用，但缺乏哺乳动物退行锥体中钙的生理测量。本研究利用 HR2.1:TN-XL 转基因小鼠，该品系在锥体中特异性表达遗传编码钙生物传感器 TN-XL，并与原发性锥体退行模型 cpfl1 和...
钙离子（Ca2+）介导的信号转导是真核生物中保守的调控机制，也存在于人类疟疾病原体恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）中。由于疟原虫体积小于10 μm，其胞内Ca2+测量在技术上具有挑战性，因此该病原体中Ca2+调控机制尚不清楚。本研究采用表达黄色变色龙（yellow cameleon, YC）-Nano Ca2...
理解荧光蛋白型钙离子生物传感器的激发态结构动力学，对开发新型活体钙离子指示剂并推进生物成像至关重要。本文采用波长可调飞秒受激拉曼光谱（FSRS），以 530 nm 拉曼泵浦研究强度型荧光蛋白钙离子传感器 G-GECO1.1 的工作机制，重点揭示其内嵌发色团的去质子化过程。研究不仅确认了无钙/结合钙蛋白中激发态质子转移（ESPT）的动...
钙离子（Ca2+）信号是免疫受体（如B细胞抗原受体BCR）介导的典型现象，对其生物学活性至关重要。为同时分析免疫受体信号及其体内动态，作者基于Cre/loxP系统构建了稳定表达FRET型钙离子指示剂黄色变色龙3.60（YC3.60）的转基因小鼠（YC3.60flox）。成功获得在免疫细胞或神经细胞中特异性表达YC3.60的小鼠，以及...
视网膜锥体光感受器负责昼视和色觉，其退行性病变常导致多种视网膜疾病致盲。钙离子是光感受器信号转导与代谢中的关键第二信使，并被认为与光感受器退行性变间接相关。然而，系统研究锥体生理与病理生理受到小鼠中锥体数量少、电生理记录困难等限制。为此，作者建立了一种双光子钙成像方案，使用转基因小鼠 HR2.1:TN-XL，在人红视蛋白启动子 HR...
活体系统中钙离子动态成像对推进神经科学与细胞生物学具有重要意义。G-GECO1.1 是一种强度型荧光蛋白钙离子生物传感器，含有苏氨酸-酪氨酸-甘氨酸（TYG）发色团。其质子化发色团在光激发下通过激发态质子转移（ESPT）发射绿光；当 Ca2+ 结合后，相当比例的发色团发生去质子化。此前，发色团在 ESPT 发生前及过程中的结构演化方...
活细胞成像显示钙离子（Ca2+）可在多种细胞器内进出，但酸性细胞器如内体的 Ca2+ 测量长期受技术限制。本研究将耐酸、比率型 Ca2+ 荧光生物传感器 GEM-GECO1 与比率型 pH 生物传感器 mKeima 结合，并借助 TiVAMP 将两者靶向 TiVAMP 阳性内体腔，用于测量胰腺 β 细胞中 Rab5a 和 Rab7 ...
在心脏二联体中，连接区 Ca2+ 直接调控兰尼碱受体（RyR）门控，并主要受肌浆网 RyR 介导的 Ca2+ 释放支配。现有探针因扩散无法报告此类局部 Ca2+ 信号，因此靶向连接区的 Ca2+ 传感器有望揭示心脏兴奋-收缩耦联及其疾病状态改变。本研究将高灵敏度 Ca2+ 生物传感器 GCaMP6f 融合到 triadin 1 或 ...
异源三聚体 GTP 结合蛋白（G 蛋白）及其受体是真核生物信号转导的关键组分。在植物中，G 蛋白参与种子萌发、花粉萌发、气孔关闭和微生物激发子响应等过程，其中部分效应通过细胞质游离钙离子浓度（[Ca2+]cyt）变化实现。目前测量 [Ca2+]cyt 的方法包括钙敏感微电极、化学荧光染料以及基于发光或荧光指示剂的生物传感器。本章介绍...
双光子激光扫描显微镜可揭示活体动物深部组织中细胞运动与相互作用，但现有成像技术难以阐明器官功能障碍的分子基础。Förster 共振能量转移（FRET）是探测细胞功能分子机制的重要工具，而荧光寿命成像（FLIM）作为无校准方法，更适合在活体内定量 FRET，其主要限制是深部组织三维/四维成像中的采集速度。本文提出一种并行化时间相关单光...